Verdrehte Physik: Wissenschaftler Erzeugen Lichtknoten

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Im labor erzeugte lichtknoten, auswirkungen auf lasergeräte.

Wie Ihre Schnürsenkel oder Stromkabel kann Licht zu Knoten verknotet werden. Nun haben Wissenschaftler ein computergesteuertes Hologramm und theoretische Physik verwendet, um einen Lichtstrahl in Brezel-ähnliche Formen umzuwandeln.

Das verdrehte Kunststück hat nicht nur zu ziemlich coolen Bildern geführt, sondern die Ergebnisse haben Auswirkungen auf zukünftige Lasergeräte, sagen die Forscher.

"In einem Lichtstrahl ähnelt der Lichtstrom durch den Raum dem Wasser, das in einem Fluss fließt", sagte der leitende Forscher Mark Dennis von der University of Bristol in England. Obwohl das Licht von einem Laserzeiger in einer geraden Linie läuft, kann es auch in Wirbeln und Wirbeln fließen, erklärte Dennis.

Diese Lichtwirbel werden optische Wirbel genannt. Entlang der Wirbel erreicht die Lichtintensität null oder kein Licht.

"Das Licht um uns herum ist mit diesen dunklen Linien gefüllt, auch wenn wir sie nicht sehen können", sagte Dennis. "Unsere Arbeit verdreht dunkle Filamente innerhalb des Lichtstrahls zu Knoten."

Die Forscher wussten, dass diese optischen Wirbel mit Hologrammen erzeugt werden konnten, die den Lichtstrom lenken. Durch die Verwendung der sogenannten Faserknotentheorie, eines Zweiges der abstrakten Mathematik, inspiriert von alltäglichen Knoten, erstellten Dennis und seine Kollegen individuelle Hologramme und reflektierten daraus einen regulären Laserstrahl.

"Das Hologramm wirkt wie ein Filter für einfallendes Licht, ähnlich dem Buntglasfenster in einer Kirche", sagte Dennis zu WordsSideKick.com. "Nach dem Durchlaufen eines Buntglasfensters hat das Licht das Farbmuster des Fensters angenommen." Es gibt jedoch einen Unterschied: "Während das Buntglasfenster Farbe manipuliert, manipuliert das Hologramm die Phase der Lichtwelle."

So ändert jeder Punkt des Hologramms wie eine kleine Fensterscheibe den Punkt des Wellenzyklus in diesem Teil des Lichtstrahls. Sie erstellten ein Hologramm, das die Lichtphase so verändern würde, dass es um einen dunklen Knoten herumfloss.

Dann scannte das Team eine Kamera durch das Laserfeld, um Bilder der Knoten zu erhalten. (Ein Computerprogramm, das angewendet wurde, bevor das Team das Hologramm erstellt hatte, ließ im Wesentlichen das Feld um den dunklen Knoten hell erscheinen.)

Ihre Ergebnisse, die am 17. Januar in der Fachzeitschrift Nature Physics online veröffentlicht wurden, sind aus mehreren Gründen "erste". Während sogenannte Knotentheoretiker mathematische Gleichungen studiert haben, die dunklen Knoten ähneln, wurden bei der neuen Forschung diese Knoten mit mathematischen Funktionen erstellt, die den Regeln der Lichtausbreitung folgen. Im Gegensatz zu anderen dunklen Knoten, die mit anderen Knoten verwickelt wurden, produzierten Dennis und seine Kollegen isolierte dunkle Knoten innerhalb des Lichtstrahls, sagte er.

"Für mich zeigt es, wie Physiker vorhandene reine Mathematik wie die Knotentheorie anpassen und in physikalischen Phänomenen manifestieren können", sagte Dennis. "Es zeigt auch, wie genau wir den Fluss und die Ausbreitung von Laserlicht mithilfe von Hologrammen steuern können. Dieser Grad der Kontrolle wird wahrscheinlich in zukünftigen Lasergeräten Anwendung finden."

Für diejenigen, die ihre eigenen Knoten machen wollen, sagte Dennis, sie würden nur ihr Hologramm und einen Laserstrahl brauchen.

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